BR102018068313B1 - MANDRIL MULTIPLIER DEVICE FOR SUBSEA OIL PRODUCTION EQUIPMENT - Google Patents
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Abstract
dispositivo multiplicador de mandril para equipamentos submarinos de produção de petróleo a presente invenção está relacionada a sistemas de produção de petróleo e hidrocarbonetos em geral, em águas profundas, que utilizam poços e equipamentos submarinos interligados numa malha de drenagem e produção. nesse cenário, a presente invenção provê um dispositivo multiplicador de mandril (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f), adaptado para prover pontos adicionais entre equipamentos submarinos, o dispositivo compreendendo um conector (2) para acoplamento com um mandril de um equipamento submarino (8, 9), e pelo menos dois mandris (3, 4, 5) adaptados para prover pontos de conexão com linhas submarinas (j1, j1, j1, j2, r1, r2, a1, a2, a3) interligadas a outros equipamentos submarinos (8, 9) ou a uma unidade de produção (13).chuck multiplier device for subsea oil production equipment the present invention is related to oil and hydrocarbon production systems in general, in deep waters, which use subsea wells and equipment interconnected in a drainage and production network. In this scenario, the present invention provides a chuck multiplier device (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f), adapted to provide additional points between subsea equipment, the device comprising a connector (2) for coupling with a chuck of a subsea equipment (8, 9), and at least two mandrels (3, 4, 5) adapted to provide connection points with subsea lines (j1, j1', j1", j2, r1, r2, a1, a2, a3) interconnected to other subsea equipment (8, 9) or to a production unit (13).
Description
[0001] A presente invenção se insere no campo dos sistemas de produção de petróleo e hidrocarbonetos em geral, em águas profundas, que utilizam poços e equipamentos submarinos interligados numa malha de drenagem e produção.[0001] The present invention falls within the field of oil and hydrocarbon production systems in general, in deep waters, using wells and subsea equipment interconnected in a drainage and production network.
[0002] Para aumentar ou viabilizar a produção de petróleo no mar, principalmente em águas profundas, diversos sistemas e equipamentos têm sido desenvolvidos e aplicados, podendo ser instalados no solo marinho em diversas posições, entre a cabeça do poço até o pé do riser. Por exemplo, árvore de natal molhada (ANM), base adaptadora de produção (BAP), base de bombeamento (BAB), PLET (Pipeline End Termination), PLEM (Pipeline End Manifold), manifolds, linhas submarinas etc.[0002] To increase or enable the production of oil at sea, especially in deep waters, several systems and equipment have been developed and applied, which can be installed on the sea floor in different positions, between the wellhead and the foot of the riser. For example, wet christmas tree (ANM), production adapter base (BAP), pump base (BAB), PLET (Pipeline End Termination), PLEM (Pipeline End Manifold), manifolds, subsea lines etc.
[0003] A produção de petróleo obtida de cada poço submarino é escoada, individualmente ou combinadamente com a produção de outros poços, através de linhas e risers submarinos até uma unidade de produção, tal como um FPSO (floating production storage offloading), por exemplo.[0003] The oil production obtained from each subsea well is drained, individually or in combination with the production of other wells, through lines and subsea risers to a production unit, such as an FPSO (floating production storage offloading), for example .
[0004] Alguns campos de petróleo apresentam uma grande variação entre os valores do índice de produtividade (IP) de cada poço, se constituindo numa das incertezas que dificultam o projeto da malha de drenagem de produção. Alguns projetos de campos grandes, a exemplo do pré-sal, apresentaram IP acima do esperado, o que levou a uma redução do número de poços previstos a serem conectados inicialmente com a unidade de produção. O inverso também já ocorreu em outros projetos, onde, em alguns casos, a produção acabou ficando abaixo da capacidade de processamento da unidade de produção.[0004] Some oil fields have a large variation between the values of the productivity index (PI) of each well, constituting one of the uncertainties that hinder the design of the production drainage network. Some projects in large fields, such as the pre-salt, presented IP above expectations, which led to a reduction in the number of wells planned to be initially connected to the production unit. The opposite has also occurred in other projects, where, in some cases, production ended up being below the processing capacity of the production unit.
[0005] Algumas acumulações de petróleo no mar, ditas marginais, possuem volumes recuperáveis próximos dos limites da viabilidade e atratividade econômica de produção. Estes limites são dinâmicos ao longo do tempo, com grande sensibilidade a variações de: (a) preço de commodities de petróleo, (b) tecnologias disponíveis, (c) custos de equipamentos e serviços relacionados com exploração e produção no mar.[0005] Some accumulations of oil in the sea, called marginal, have recoverable volumes close to the limits of feasibility and economic attractiveness of production. These limits are dynamic over time, with great sensitivity to variations in: (a) oil commodity prices, (b) available technologies, (c) costs of equipment and services related to offshore exploration and production.
[0006] Diversos campos de petróleo já atingiram ou estão na iminência de atingir o limite de vida útil de equipamentos e sistemas de produção, e suas reservas remanescentes são insuficientes para justificar a substituição do sistema de produção instalado.[0006] Several oil fields have already reached or are about to reach the limit of useful life of production equipment and systems, and their remaining reserves are insufficient to justify the replacement of the installed production system.
[0007] Assim, desenvolver novos conceitos e modalidades de sistemas de produção, com maior flexibilidade, que reduzam os custos de construção e operação é fundamental para a revitalização e o desenvolvimento de campos marginais de petróleo no mar.[0007] Thus, developing new concepts and modalities of production systems, with greater flexibility, which reduce construction and operation costs is fundamental for the revitalization and development of marginal offshore oil fields.
[0008] O projeto do arranjo de um sistema de produção é baseado em valores de índice de produção estimado para os poços produtores. A medida que um campo submarino entra em produção, os valores reais dos índices de produtividade de cada poço passam a ser conhecidos, havendo uma variância em relação ao valor médio estimado utilizando nas bases de projeto da malha de drenagem. Com o passar do tempo, e com auxílio de um sistema de sísmica 4D, é possível verificar a evolução e desvios da produção de cada região do reservatório bem como avanço da água e atuação de eventual aquífero. Os resultados podem divergir do inicialmente planejado e previsto. Desta forma, pode ser vantajoso medidas corretivas, tão cedo quanto possível, que por vezes demandam a perfuração e conexão de novos poços para uma adensamento da malha de poços de produção.[0008] The design of the arrangement of a production system is based on estimated production index values for the producing wells. As a subsea field enters production, the actual values of the productivity indexes for each well become known, with a variance in relation to the estimated average value used in the drainage grid design bases. Over time, and with the help of a 4D seismic system, it is possible to verify the evolution and deviations of production in each region of the reservoir, as well as the advance of water and the action of an eventual aquifer. Results may differ from what was initially planned and forecast. In this way, corrective measures may be advantageous, as soon as possible, which sometimes require the drilling and connection of new wells for a densification of the network of production wells.
[0009] Tradicionalmente em unidades de produção topadas no número de risers de poços satélites interligados, a adição de um novo poço produtor requer a desconexão de um poço existente de baixa produção. Por este motivo, usualmente aguarda-se que o poço esteja com baixa vazão de óleo para sua desconexão. Isto posterga a adição de novos poços com melhor produtividade, já que nestes casos será necessário desconectar e provavelmente abandonar um poço de produtividade menor. Normalmente uma vez desconectado, tal poço nunca mais será reconectado devido aos custos operacionais para refazer está conexão submarina.[0009] Traditionally in production units stumbled on the number of interconnected satellite well risers, the addition of a new producer well requires the disconnection of an existing low production well. For this reason, it is usually expected that the well has a low oil flow for its disconnection. This postpones the addition of new wells with better productivity, as in these cases it will be necessary to disconnect and probably abandon a well with lower productivity. Normally once disconnected, such a well will never be reconnected due to the operating costs to reconnect this subsea connection.
[0010] Portanto, é desejável a utilização de arranjos submarinos que facilitem o acréscimo de novos poços e hibernação de poços existentes menos produtivos, com possibilidade futura de voltarem a produzir sem requerer reconexão submarinha de linhas.[0010] Therefore, it is desirable to use subsea arrangements that facilitate the addition of new wells and hibernation of existing less productive wells, with future possibility of returning to production without requiring subsea reconnection of lines.
[0011] Para isso, é recomendável a adição de mandris extras (reservas) em equipamentos submarinos, tais como: base de sistemas de bombeamento submarino (BAB), base de sistemas de processamento submarino (por exemplo: separação), manifold, e em base adaptadora de produção (BAP); de forma a disponibilizar pontos extras para a conexão de novos poços sem necessidade de desconexão de poços existentes ou de novos risers. Este arranjo permite melhor balanceamento entre o número de poços produtores e a capacidade de plantes da UEP.[0011] For this, it is recommended to add extra chucks (reserves) in subsea equipment, such as: base of subsea pumping systems (BAB), base of subsea processing systems (for example: separation), manifold, and in production adapter base (BAP); in order to provide extra points for connecting new wells without the need to disconnect existing wells or new risers. This arrangement allows for a better balance between the number of producing wells and the capacity of the UEP plants.
[0012] Num primeiro momento, o compartilhamento de riser seria na condição do poço novo produzindo com o poço antigo fechado, que poderá retornar futuramente à produção já que o mesmo permanece conectado. Em determinadas condições é possível produzir os dois poços simultaneamente.[0012] At first, the riser sharing would be in the condition of the new well producing with the old well closed, which may return to production in the future as it remains connected. Under certain conditions it is possible to produce both wells simultaneously.
[0013] A concretização de mandris extras em equipamentos submarinos requer mudança no padrão atual de fabricação, principalmente de árvores de natal molhada, limitando a aplicação deste recurso somente para equipamentos novos a serem adquiridos futuramente. A maior parte dos equipamentos submarinos já está fabricada e instalada e mesmo nos campos novos a aquisição indiscriminada de equipamentos submarinos com mandris extras pode impactar preços e prazos.[0013] The implementation of extra chucks in subsea equipment requires change in the current manufacturing standard, especially of wet Christmas trees, limiting the application of this feature only to new equipment to be purchased in the future. Most of the subsea equipment is already manufactured and installed, and even in new fields, the indiscriminate acquisition of subsea equipment with extra chucks can impact prices and terms.
[0014] Desta forma, no atual estado da técnica ainda há cenários para o desenvolvimento e utilização de soluções que mitiguem tais limitações, viabilizando a conexão de poços novos na malha de escoamento existente em campos submarinos de petróleo, com o menor impacto possível.[0014] Thus, in the current state of the art, there are still scenarios for the development and use of solutions that mitigate such limitations, enabling the connection of new wells in the existing flow network in subsea oil fields, with the least possible impact.
[0015] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução do problema do estado da técnica acima descrito de forma prática e eficiente.[0015] As will be further detailed below, the present invention aims to solve the problem of the state of the art described above in a practical and efficient way.
[0016] A presente invenção tem por objetivo principal prover um dispositivo multiplicador de mandril capaz de converter um mandril de um equipamento submarino existente qualquer, já instalado ou aguardando instalação, em dois (ou mais) novos mandris, provendo um (ou mais) ponto extra de interligação na malha de drenagem submarina.[0016] The main objective of the present invention is to provide a mandrel multiplier device capable of converting a mandrel of any existing subsea equipment, already installed or awaiting installation, into two (or more) new mandrels, providing one (or more) point extra interconnection in the subsea drainage grid.
[0017] De forma a alcançar o objetivo acima descrito, a presente invenção provê um dispositivo multiplicador de mandril para equipamentos submarinos de produção de petróleo, adaptado para prover pontos adicionais entre equipamentos submarinos, compreendendo um conector para acoplamento com um mandril de um equipamento submarino e pelo menos dois mandris adaptados para prover pontos de conexão com linhas submarinas interligadas a outros equipamentos submarinos ou a uma unidade de produção.[0017] In order to achieve the objective described above, the present invention provides a mandrel multiplier device for subsea oil production equipment, adapted to provide additional points between subsea equipment, comprising a connector for coupling with a mandrel of a subsea equipment and at least two chucks adapted to provide connection points with subsea lines interconnected to other subsea equipment or to a production unit.
[0018] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.[0018] The detailed description presented below makes reference to the attached figures and their respective reference numbers.
[0019] As figuras 1a a 1f ilustram vistas esquemáticas de diversas possíveis concretizações do dispositivo de acordo com a presente invenção.[0019] Figures 1a to 1f illustrate schematic views of several possible embodiments of the device according to the present invention.
[0020] A figura 2 ilustra uma vista esquemática de uma ANM compreendendo dois dispositivos de acordo com uma das possíveis concretizações da presente invenção.[0020] Figure 2 illustrates a schematic view of an ANM comprising two devices according to one of the possible embodiments of the present invention.
[0021] A figura 3 ilustra uma vista esquemática de uma BAB, originalmente com somente um mandril de sução, interligada a três poços através do dispositivo da presente invenção.[0021] Figure 3 illustrates a schematic view of a BAB, originally with only one suction mandrel, connected to three wells through the device of the present invention.
[0022] A figura 4 ilustra uma vista esquemática de dois poços compartilhando os mesmos risers de produção e anular por meio de dois dispositivos de acordo com a presente invenção conectados à BAP de um dos poços.[0022] Figure 4 illustrates a schematic view of two wells sharing the same production and annular risers through two devices according to the present invention connected to the BAP of one of the wells.
[0023] A figura 5 ilustra uma vista esquemática de um arranjo com dois poços produtores compartilhando um mesmo riser de anular e com risers de produção independentes.[0023] Figure 5 illustrates a schematic view of an arrangement with two producer wells sharing the same annular riser and with independent production risers.
[0024] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.[0024] Preliminarily, it should be noted that the description that follows will depart from a preferred embodiment of the invention. As will be apparent to anyone skilled in the art, however, the invention is not limited to that particular embodiment.
[0025] As figuras 1a a 1f ilustram vistas esquemáticas de diversas possíveis concretizações do dispositivo de acordo com a presente invenção. A figura 2, por sua vez, ilustra uma vista esquemática de uma ANM 9 compreendendo dois dispositivos de acordo com a presente invenção. Em ambas as concretizações, o dispositivo da presente invenção compreende um conector 2 para acoplamento com um mandril de um equipamento submarino, que na concretização ilustrada na figura 2 consiste em uma ANM 9.[0025] Figures 1a to 1f illustrate schematic views of several possible embodiments of the device according to the present invention. Figure 2, in turn, illustrates a schematic view of an
[0026] Adicionalmente, conforme ilustrado nas figuras 1a a 1f, o dispositivo de acordo com a presente invenção vai compreender pelo menos dois mandris 3, 4, 5 adaptados para prover pontos de conexão com linhas submarinas interligadas a outros equipamentos submarinos ou a uma unidade de produção.[0026] Additionally, as shown in figures 1a to 1f, the device according to the present invention will comprise at least two
[0027] Na concretização ilustrada na figura 2 também são mostradas as principais válvulas de uma ANM 9, a saber, master de produção M1, master de anular M2, wing de produção W1, wing de anular W2, swab de produção S1, swab de anular S2, cross over XO, pig cross over PXO.[0027] In the embodiment illustrated in Figure 2, the main valves of an
[0028] A figura 3 ilustra um exemplo de arranjo submarino que pode se beneficiar do dispositivo da presente invenção. Nesse exemplo, o conector do dispositivo 1b de acordo com uma das concretizações da presente invenção é conectado ao mandril de entrada de uma BAB 8. Os três mandris 3, 4, 5 do dispositivo 1b da presente invenção são conectados a três poços de produção P1, P2, P3 através de três jumpers de produção J1, J1’, J1”. O mandril de saída da BAB 8 é conectado a um único riser R1 para escoamento da produção para uma FPSO 13.[0028] Figure 3 illustrates an example of a subsea arrangement that can benefit from the device of the present invention. In this example, the connector of the
[0029] Devido ao multiplicador de mandril 1b ter geometria que possibilita a passagem de pig, é possível enviar um pig por qualquer um dos risers A1, A2, A3 até a BAB 8, retornando pelo riser de produção R1 até a unidade de produção 13. Ainda na figura 3 são ilustrados os elementos: válvula de by pass 10, válvula de sucção 11, válvula de descarga 12.[0029] Due to the 1b mandrel multiplier having a geometry that allows the passage of the pig, it is possible to send a pig through any of the risers A1, A2, A3 to
[0030] Fazendo novamente referência às figuras 1a a 1f, o dispositivo de acordo com a presente invenção compreende, opcionalmente, pelo menos uma interface para ferramenta de manuseio e instalação 7. A referida interface pode ser qualquer tipo de interface conhecida do estado da técnica.[0030] Referring again to figures 1a to 1f, the device according to the present invention optionally comprises at least one interface for handling and
[0031] Ainda opcionalmente, o dispositivo da presente invenção pode compreender pelo menos um funil guia 6 posicionado em torno de cada um dos mandris 3, 4, 5. Tais funis 6 servem para guiar o encaixe das linhas submarinas nos referidos mandris 3, 4, 5.[0031] Still optionally, the device of the present invention may comprise at least one
[0032] Opcionalmente, o dispositivo de acordo com a presente invenção é projetado com geometria para permitir a passagem de pig entre seus pontos de conexão. Conforme a concretização ilustrada na figura 1a, o dispositivo 1a da presente invenção, devido aos seus raios de curvatura peculiares, permite a passagem de pig entre o mandril 3 e o mandril 4.[0032] Optionally, the device according to the present invention is designed with geometry to allow the passage of pig between its connection points. According to the embodiment illustrated in figure 1a, the
[0033] Na concretização ilustrada na figura 1b, o dispositivo 1b da presente invenção é projetado com geometria para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril 3 e o conector 2, entre o mandril 4 e o conector 2 e também entre o mandril 5 e o conector 2.[0033] In the embodiment illustrated in Figure 1b, the
[0034] Na concretização ilustrada na figura 1c, o dispositivo 1c da presente invenção é projetado com geometria para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril 3 e o mandril 4 e também entre o conector 2 e o mandril 4.[0034] In the embodiment illustrated in Figure 1c, the
[0035] Na concretização ilustrada na figura 1d, o dispositivo 1d da presente invenção é projetado com geometria para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril 3 e o mandril 4 e também entre o mandril 3 e o conector 2. Nessa concretização, o dispositivo 1d compreende preferencialmente um pig diverter 14, que permite pré-selecionar a passagem de pig entre o mandril 3 e o mandril 4 ou entre o conector 2 e o mandril 4.[0035] In the embodiment illustrated in Figure 1d, the
[0036] Na concretização ilustrada na figura 1e, o dispositivo 1e da presente invenção é projetado com geometria para permitir a passagem de pig entre o entre o mandril 3 e o mandril 4 e também entre o mandril 5 e o conector 2.[0036] In the embodiment illustrated in Figure 1e, the
[0037] Na concretização ilustrada na figura 1f, o dispositivo 1f da presente invenção compreende dois mandris 3, 4 posicionados na horizontal e um terceiro mandril 5 posicionado na vertical.[0037] In the embodiment illustrated in figure 1f, the
[0038] A figura 4 ilustra uma vista esquemática de uma aplicação do dispositivo da presente invenção em um arranjo de poços. Como pode ser observado, dois poços P1, P2 compartilham os mesmos risers R1, R2 de produção e anular através de dois dispositivos 1a, 1a’ conectados à ANM/BAP 9 do poço P1.[0038] Figure 4 illustrates a schematic view of an application of the device of the present invention in an arrangement of wells. As can be seen, two wells P1, P2 share the same R1, R2 production and annular risers through two
[0039] A figura 5 mostra um arranjo com dois poços produtores P1, P2 compartilhando um mesmo riser de anular R2 e com risers de produção R1, R3 independentes. Tal arranjo faz uso de um multiplicador de mandril 1d com um pig diverter 14 integrado. O pig enviado pelo riser de anular R2, a partir da unidade de produção 13, pode retornar pelo riser R1 ou R3, de acordo com a posição do pig diverter 14.[0039] Figure 5 shows an arrangement with two producer wells P1, P2 sharing the same ring riser R2 and with independent R1, R3 production risers. Such an arrangement makes use of a 1d chuck multiplier with an integrated 14 pig diverter. The pig sent by the R2 ring riser, from
[0040] Como pôde ser observado nas concretizações acima descritas, o dispositivo multiplicador de mandril da presente invenção pode ser instalado em equipamentos submarinos localizados no fundo do mar ou em equipamentos antes da sua instalação, ainda na superfície. Em princípio o adaptador pode ser instalado em qualquer equipamento submarino, por exemplo: BAB, BAP, manifold etc. Adicionalmente, o dispositivo multiplicador de mandril da presente invenção é adaptado para permitir conexões submarinas tanto horizontais como verticais.[0040] As can be seen in the embodiments described above, the mandrel multiplier device of the present invention can be installed in subsea equipment located on the seabed or in equipment before its installation, still on the surface. In principle, the adapter can be installed on any subsea equipment, for example: BAB, BAP, manifold etc. Additionally, the mandrel multiplier device of the present invention is adapted to allow both horizontal and vertical subsea connections.
[0041] Desta forma, a invenção viabiliza um arranjo submarino mais flexível que facilita a antecipação de correções na malha de escoamento com a adição de poços novos, com o objetivo de obter uma curva de produção otimizada em relação à capacidade e limites de processamento de óleo e líquido da UEP.[0041] In this way, the invention enables a more flexible subsea arrangement that facilitates the anticipation of corrections in the flow network with the addition of new wells, in order to obtain an optimized production curve in relation to the capacity and processing limits of oil and liquid from UEP.
[0042] Adicionalmente, o uso de mandril extra em equipamentos submarinos tais como BAP e BAB, viabiliza e facilita a adição de novos poços sem necessidade de abandono definitivo de um poço existente, que poderá voltar a produzir futuramente. A possibilidade de compartilhamento de risers reduz significativamente o Capex e o Opex do sistema de produção submarino.[0042] Additionally, the use of extra mandrel in subsea equipment such as BAP and BAB, enables and facilitates the addition of new wells without the need to permanently abandon an existing well, which may return to production in the future. The possibility of sharing risers significantly reduces the Capex and Opex of the subsea production system.
[0043] A integração de um sistema de sísmica 4D com um arranjo submarino flexível, com pares de poços compartilhando um único riseré uma alternativa para antecipar e melhorar a distribuição de óleo produzido ao longo da curva de produção. Projetos de revitalização de campos submarinos maduros poderão se beneficiar da opção de mandril extra, de acordo com a presente invenção, que facilita a conexão de um número maior de poços, existentes e novos, interligados a unidade de produção.[0043] The integration of a 4D seismic system with a flexible subsea arrangement, with pairs of wells sharing a single riser, is an alternative to anticipate and improve the distribution of oil produced along the production curve. Revitalization projects of mature subsea fields may benefit from the extra mandrel option, according to the present invention, which facilitates the connection of a greater number of wells, existing and new, interconnected to the production unit.
[0044] A previsão e existência de mandris extras em equipamentos submarinos viabiliza também a conexão de poços novos para execução de testes de longa duração, de novas descobertas em áreas adjacentes de unidades de produção existentes (long tie backs).[0044] The forecast and existence of extra chucks in subsea equipment also enables the connection of new wells to carry out long-term tests, of new discoveries in areas adjacent to existing production units (long tie backs).
[0045] O mandril extra, quando disponível, pode ainda ser utilizado em operações de intervenção de poço do tipo: acidificação, mitigação de hidrato, etc. Portanto, são inúmeras as vantagens técnicas alcançadas com o dispositivo multiplicador de mandril da presente invenção.[0045] The extra mandrel, when available, can still be used in well intervention operations of the type: acidification, hydrate mitigation, etc. Therefore, the technical advantages achieved with the mandrel multiplier device of the present invention are numerous.
[0046] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.[0046] Numerous variations focusing on the scope of protection of this application are permitted. Thus, it reinforces the fact that the present invention is not limited to the particular configurations/embodiments described above.
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